Simulace proudění vody nenasyceným půdním prostředím - Hydrus 1D

Transkript

1 Simulace proudění vody nenasyceným půdním prostředím - Hydrus 1D jednorozměrný pohyb vody a látek v proměnlivě nasyceném porézním prostředí proudění Richardsova rovnice transport látek advekčně-disperzní rovnice Program umožňuje: jednorozměrnou simulaci v libovolném směru s ohledem na rozvrstvení profilu simulaci odběru půdní vody kořenovou zónou hysterezi nenasycených vlastností půdy nastavení různých okrajových podmínek

2 Vstupy do modelu 1. geometrie sledované oblasti, prostorová diskretizace 2. specifikace období (času) 3. charakteristiky prostředí 4. případné zdroje a propady 5. počáteční podmínky (rozvržení sacích tlaků nebo vlhkosti na počátku simulace) 6. okrajové podmínky Tlaková (Dirichletova) Toková (Neumannova) Atmosférická okrajová podmínka Volná drenáž Výronová plocha

3 Vstupy do modelu 1D geometrie, diskretizace - do 1D lze převést jen problémy, kde výrazně dominuje prouděním jedním směrem - diskretizace X konvergence - Nastavení jednotek a zvrstvení půdního profilu (počet vrstev)! hranice G oblast W hranice G

4 Vstupy do modelu 1. geometrie sledované oblasti, prostorová diskretizace 2. specifikace období (času) 3. charakteristiky prostředí 4. případné zdroje a propady 5. počáteční podmínky (rozvržení sacích tlaků nebo vlhkosti na počátku simulace) 6. okrajové podmínky Tlaková (Dirichletova) Toková (Neumannova) Atmosférická okrajová podmínka Volná drenáž Výronová plocha

5 Vstupy do modelu čas - Implicitní schéma - Diskretizace času Initial time Minimum Time Step Final time Initial time step Maximum Time Step

6 Vstupy do modelu 1. geometrie sledované oblasti, prostorová diskretizace 2. specifikace období (času) 3. charakteristiky prostředí 4. případné zdroje a propady 5. počáteční podmínky (rozvržení sacích tlaků nebo vlhkosti na počátku simulace) 6. okrajové podmínky Tlaková (Dirichletova) Toková (Neumannova) Atmosférická okrajová podmínka Volná drenáž Výronová plocha

7 Vstupy do modelu charakteristika prostředí - Hydraulické charakteristiky - Výběr modelu (např. van Genuchten - Mualem) - Parametry retenční křivky dle vg nebo B-C - Nasycená hydraulická vodivost - Stratifikace půdního profilu 1 (Ah) 2 (B) 3 (C)

8 Vstupy do modelu 1. geometrie sledované oblasti, prostorová diskretizace 2. specifikace období (času) 3. charakteristiky prostředí 4. případné zdroje a propady kořenová zóna, studny 5. počáteční podmínky (rozvržení sacích tlaků nebo vlhkosti na počátku simulace) 6. okrajové podmínky Tlaková (Dirichletova) Toková (Neumannova) Atmosférická okrajová podmínka Volná drenáž Výronová plocha

9 Vstupy do modelu 1. geometrie sledované oblasti, prostorová diskretizace 2. specifikace období (času) 3. charakteristiky prostředí 4. případné zdroje a propady kořenová zóna, studny 5. počáteční podmínky (rozvržení sacích tlaků nebo vlhkosti na počátku simulace) 6. okrajové podmínky Tlaková (Dirichletova) Toková (Neumannova) Atmosférická okrajová podmínka Volná drenáž Výronová plocha

10 Vstupy do modelu 1. geometrie sledované oblasti, prostorová diskretizace 2. specifikace období (času) 3. charakteristiky prostředí 4. případné zdroje a propady kořenová zóna, studny 5. počáteční podmínky (rozvržení sacích tlaků nebo vlhkosti na počátku simulace) 6. okrajové podmínky Tlaková (Dirichletova) Toková (Neumannova) Atmosférická okrajová podmínka Volná drenáž Výronová plocha

11 Tlaková (Dirichletova) Vstupy do modelu okrajové podmínky - Známý tlak na hranici (výtopa, expretimenty) Toková (Neumannova) - Známý tok (intenzita srážky, závlaha) - Nulový tok (nepropustná hranice) Atmosférická okrajová podmínka - Kombinace předešlých střídání tokové a tlakové o.p. - Simulace povrchového odtoku nebo tvorby louží Volná drenáž (nulový gradient) - Na spodní hranici simulované domény výtok do půdního prostředí Výronová plocha - Výtok do atmosféry (experimenty na vzorcích, zářez, drenáž)

12 Simulace výtopové infiltrace Úkol: Popsat dynamiku výtopové infiltrace na půdním povrchu. Porovnat infiltrační rychlosti s nasycenou hydraulickou vodivostí půdy. Problém: Voda je aplikována na půdním povrchu udržováním 2 cm výšky hladiny. Hladina je na povrchu udržována kontinuálně. Půdní profil na začátku infiltrace byl poměrně suchý. Cílem je určit rychlost kterou voda infiltruje do půdního profilu a celkovou zainfiltrovanou výšku vodního sloupce. Simulace: Hlinitý (loamy soil) půdní profil je do hloubky 1 m homogenní. Uvažujte vertikální profil s počáteční podmínkou cm. Na povrchu předpokládejte výtopovou výšku 2 cm. Na dolním okraji předpokládejte volnou drenáž. Simulaci proveďte pro období dlouhé 12 hodin. Graficky vyjádřete intenzitu vtoku na povrchu a kumulativní infiltraci jako funkci času. Otázky: Jaká je intenzita vtoku v 1, 2, 4, 6, 8 a 12 hodin po začátku výtopy? Popište tvar křivky. Porovnejte infiltrační rychlost s hodnotou nasycené hydraulické vodivosti. Co je větší a proč? Jakou infiltrační intenzitu lze předpokládat při 20 denní výtopě a proč? Kolik vody infiltrovalo do půdy v 1, 2, 4, 6, 8 a 12 hodině? Vstupní data - přehled: Hloubka profilu: 100 cm Čas simulace: 12 h Počáteční podmínka: sací tlak cm v celém profilu Okrajové podmínky: horní předepsaná tlaková výška 2 cm dolní volná drenáž (free drainage) Hydraulické charakteristiky: převezměte z programu RETC nebo Rosetta pro hlinitou půdu ( loam )

13 Instrukce, nápověda (+ používejte HELP samotného programu) Main Processes: bez nápovědy Geometry Information: bez nápovědy Time Information: Initial Time Step: 0.01 h, Minimum Time Step: 1e-006 h, Max Time Step: 0.1 h Print Information: Print Times No. of Print Times: 12 (Select Print Times po hodině, tedy 1,2,3 ) Iteration Criteria: nechte bez změn Soil Hydraulic Model: van Genuchten - Mualem Water flow parameters: l=0.5 (vliv zakřivenosti a konektivity pórů), zbytek bez nápovědy (je v zadání) Water Flow Boundary Conditions: bez nápovědy Run PROFILE application? ANO po nastavení všeho nutného editor zavřete, změny uložte. Pozorovací body (pokud chcete vědět, co se děje uvniř oblasti, např 10 cm pod povrchem) není v zadání Diskretizace oblasti, počet uzlů (nemusíte měnit) Zvrstvení půdního profilu (pokud má víc vrstev) Počáteční podmínka DLE ZADÁNÍ (pomocí tlačítka Edit condition)!!! Vyberte HORNÍ uzel a na něm nastavte tlak rovnající se výšce výtopy (= tlaková okrajová podmínka) Výsledky spusťte simulaci, najděte odpovědi na otázky v pravém okně Post-processing